Laboratorio de Densidad de Flujo Magnético Centro Nacional de
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Desarrollo de nuevas capacidades de medición y calibración del Laboratorio de Densidad de Flujo Magnético del CENAM Laboratorio de Densidad de Flujo Magnético Centro Nacional de Metrología M. G. Alatorre Moreno malatorr@cenam.mx M. A. Escobar V. mescobar@cenam.mx CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 Contenido 1 - Objetivo y motivación 1. 2.- Introducción 3.- Capacidades de calibración del Laboratorio de Densidad de Flujo Magnético A) Calibración de magnetómetros B) Calibración de imanes patrón 4 Servicios de medición que ofrece el Laboratorio de Densidad de Flujo Magnético 4.4.1 Medición de magnetismo residual 4.2 Medición de campo magnético ambiental 4.3 Medición del campo magnético B generado por imanes 5.- Conclusiones CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 1. OBJETIVO : Dar a conocer las capacidades de medición y calibración del Laboratorio de Densidad de Fl Flujo jo Magnético del CENAM CENAM, haciendo una na descripción de los métodos y sistemas de medición empleados. MOTIVACIÓN: Atender las necesidades de calibración y medición magnéticas para apoyar la competitividad de diversos sectores industriales del país. CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 2.- Introducción Densidad de flujo j magnético: g Flujo j magnético g o número de líneas de campo p magnético por unidad de área, que es generado por corrientes eléctricas que circulan a través de circuitos eléctricos o por imanes A S N I N S Líneas de flujo Magnitud Densidad de flujo magnético éti Símbolo B Unidad del Sistema Internacional tesla (T) CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 Ejemplos de aplicaciones metrológicas en el campo de mediciones magnéticas Aplicaciones p en la industria automotriz - Medición de magnetismo residual - Medición del campo magnético B A li Aplicaciones i en llos laboratorios de metrología -Calibración Calibración de imanes de referencia - Calibración de magnetómetros CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 Sistemas de generación de campo magnético B Imán patrón electroimán Bobinas de Helmholtz Magnetómetros Resonancia Magnética Nuclear Analógico Fluxgate Efecto Hall 3.- Capacidades de calibración del Laboratorio de Densidad de Flujo Magnético A) Calibración de magnetómetros TABLA 1 Calibración de: 1.- Magnetómetros 1.digitales, con sensor de flujo axial o transversal Método de calibración Intervalo de medición ±U (mT/T) Comparación directa/ bobina de Helmholtz 10 µT a 2 mT 3 100 µT a 2 mT 10 2.- Magnetómetros digitales Comparación por 2.o analógicos analógicos, con sensor de sustitución/ bobina flujo axial o transversal de Helmholtz 3.- Magnetómetros 3 3.digitales, con sensor de flujo transversal Comparación por sustitución/ electroimán 100 mT a 300 mT 3 4 Magnetómetros con 4. sensor de flujo transversal Comparación directa / imanes patrón 100 mT y 250 mT 4 5.- Magnetómetros con 5 5.sensor de flujo axial Comparación directa / imán patrón 100 mT 4 CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 3.1 Calibración de magnetómetros con sensor de flujo axial o transversal Usando una bobina de Helmholtz para la generación y determinación del campo magnético B en el intervalo de medición de 10 µT a 2 mT Método por comparación directa IBC B=µo k I Ampérmetro Sensor de flujo: Axial Fuente de corriente µo: Constante de campo magnético en Transversal Bobina patrón Comparación directa B: Campo magnético de referencia, en tesla (T) (Vs/Am) k: Constante de la bobina patrón, en [(A/m)/A] que circula p por la I: Corriente eléctrica continua q bobina, en (A) CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 Calibración de magnetómetros con sensor de flujo axial y transversal Usando una bobina de Helmholtz para la generación y determinación del campo magnético B en el intervalo de medición de 10 µT a 2 mT CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 3.2 Calibración de magnetómetros con sensor de flujo axial o transversal Usando una bobina de Helmholtz para la generación y determinación del campo magnético B en el intervalo de medición de 100 µT a 2 mT Método de calibración: comparación por sustitución EIBC = BIBC – BMR Donde : MR IBC Fuente de corriente EIBC: Error de medición del magnetómetro bajo calibración BIBC: Medición de densidad de flujo magnético realizada con el magnetómetro bajo calibración Bobina de generación de campo magnético B BMR: Medición de densidad de flujo magnético realizada con el magnetómetro de referencia Comparación por sustitución CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 Calibración de magnetómetros analógicos Usando una bobina de Helmholtz para la generación y determinación del campo magnético B en el intervalo de medición de 100 µT a 2 mT Método de calibración: comparación por sustitución CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 3.3 Calibración de magnetómetros con sensor de flujo transversal Usando un electroimán y una fuente de corriente de alta estabilidad para la generación de campo magnético B en el intervalo de medición de 100 mT a 300 mT Método de calibración: comparación por sustitución 1) El t i á Electroimán 2)) MR Fuente de corriente IBC Electroimán Error IBC = B IBC - BMR CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 3.4 / 3.5 Calibración de magnetómetros con sensor de flujo transversal ( 100 mT y 250 mT) y con sensor de flujo axial (100 mT) Sistema de generación de campo magnético B usando imanes patrón Método de calibración: comparación directa 1) Imán patrón con cavidades para medir Error IC = B I C - Bconocido flujo axial y transversal Imán patrón (B conocido) IC Sistema de medición utilizado para la calibración Imán patrón con valor nominal de 100 mT CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 Imán patrón con cavidades para medir flujo axial y transversal Valor nominal de campo magnético B 100 mT Bmed ± U = ( 105,83 ± 0,37 ) mT Especificaciones Altura Diámetro Cavidad axial Cavidad transversal 6,8 cm 5,5 cm 0,6 cm 0,5 cm x 1 cm CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 Imán patrón con cavidades para medir flujo transversal Imán patrón con valor nominal de campo magnético 250 mT Especificaciones Alt Altura Diá t Diámetro E t hi Entrehierro 9 cm 5 cm 1 cm Bmed ± U ( 247,886 , ± 0,004 , ) mT CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 B) Calibración de imanes patrón con cavidad para medición de flujo transversal Método de calibración Comparación directa / magnetómetro de efecto Hall Intervalo de calibración Incertidumbre expandida (mT / T) 100 mT a 300 mT 4 BIBC= BMR - Ei Imán patrón Donde : (IBC) BIBC: Valor de la densidad de flujo magnético generado por el imán bajo calibración MR BMR: Valor de la densidad de flujo magnético, medido con el magnetómetro de efecto Hall (magnetómetro de referencia) Ei: Error de medición del magnetómetro de efecto Hall Sistema de medición utilizado para la calibración de imanes patrón CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 4.- Servicios de medición del Laboratorio de Densidad de Flujo Magnético 4.1 Medición de magnetismo residual Por magnetismo residual se entiende el magnetismo o inductancia magnética o polarización magnética remanente, que persiste en ciertos materiales después de haber d desaparecido id ell campo magnético éti all que ffueron expuestos, t éste é t varía í dependiendo d di d d dell material. Centralizador C t li d d de acero En el caso de los aceros, el valor del magnetismo residual puede ser muy pequeño, aproximadamente del orden de nT a algunos µT. CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 4.2 Medición de campo magnético ambiental Campo magnético de la Tierra Equipo de medición: Magnetómetro de referencia tipo Fluxgate Para estas mediciones se coloca el sensor en la posición de interés, en tres diferentes direcciones: este-oeste, sur-norte y vertical CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 4.3 Medición del campo magnético B, generado por imanes * Medición de campo magnético B en imanes permanentes, utilizados en la i d t i minera, industria i para llos revestimientos ti i t d de llos molinos li CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 * Medición de campo magnético B en los imanes de una trampa de metales, empleados en la industria agroalimentaria CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 Servicios de medición de densidad de flujo magnético Servicio de medición Intervalo de medición Incertidumbre Expandida Patrón Trazabilidad Descripción Método Magnetismo residual Directo 50 nT a 2 mT ± 20 mT/T a ± 200 mT/T Magnetómetro fluxgate Patrón nacional de densidad de flujo magnético del NPL , Inglaterra Campo magnético g ambiental Directo 50 nT a 2 mT ± 14 mT/ T Magnetómetro fluxgate g Patrón nacional de densidad de flujo j magnético del NPL , Inglaterra ± 5 mT/T Magnetómetro de efecto Hall con sensor transversal Patrón nacional de densidad de flujo magnético del CENAM Campo Directo magnético B generado por imanes 100 mT a 300 mT La incertidumbre corresponde a un factor de cobertura k=2 para un nivel de confianza de aproximadamente 95 % CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 5. Conclusiones Con el establecimiento y mejora continua de nuestras capacidades de calibración y medición se han podido atender algunas de las necesidades en metrología magnética de la industria nacional. nacional Se pretende continuar con el trabajo que se está desarrollando para poder incrementar el alcance de los servicios que ofrece el laboratorio y así poder satisfacer un mayor número de necesidades en metrología magnética que hemos detectado, detectado con la calidad y confiabilidad que garanticen la trazabilidad de las mediciones realizadas a los patrones nacionales del CENAM. CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009 NOTAS Nota 1: Este trabajo ha sido desarrollado con recursos del gobierno federal de México. México Sólo se permite su reproducción sin fines de lucro y haciendo referencia a la fuente. Nota 2: En este documento pueden aparecer marcas comerciales únicamente con fines didácticos y a fin de lograr un entendimiento claro de las técnicas y procesos descritos . En ningún caso esta identificación implica recomendación o aval del g otra institución del g gobierno federal de México, ni tampoco p CENAM o de alguna implica que los equipos o materiales identificados sean necesariamente los mejores para el propósito para el que son usados. El CENAM y las demás instituciones no tienen compromisos con ninguna marca comercial en particular CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009
